JP2003279749A - 偏光ガラス - Google Patents
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Abstract
る。 【解決手段】 銀、銅または銅−カドミウムおよび少
なくとも一種類の他のハロゲンの供給源を含有するバッ
チを溶融する。溶融物をガラス製品に成形しかつ冷却す
る。ガラス製品を、ガラス中にハロゲン化銀、ハロゲン
化銅またはハロゲン化銅−カドミウムの結晶を生成さ
せ、沈殿させるのに十分な期間に亘り高温にさらす。ガ
ラス製品を、ガラスのアニール点よりも高い温度におい
て応力下で伸張させて、応力の方向に前記結晶を引き延
ばす。伸張されたガラス製品を高温において還元雰囲気
に露出して、銀または銅の金属への還元を開始する。ガ
ラス製品は1.6より大きい屈折率を有する。
Description
る。本発明は、より詳しくは、偏光ガラスおよびそのよ
うなガラスから製造された光アイソレータのような偏光
製品に関する。
ロゲン化銅−カドミウムの結晶を含有するガラスにおい
て、偏光効果を得ることができる。これらの結晶は、適
切な量の上記金属およびフッ素以外のハロゲンを含有す
る組成を有するアルミノケイ酸塩ガラスにおいて沈殿し
得る。
いて、このガラスを延伸し、次いで、その表面を還元雰
囲気に露出することにより生じる。ガラスは、このガラ
スを引き延ばすためにガラスアニール温度よりも高い温
度で応力下に配置され、それによって、結晶が引き延ば
され、配向される。次いで、引き延ばされた製品を、2
50℃よりも高いが、ガラスアニール温度より25℃を
越えるほどは高くない温度で還元雰囲気に露出する。こ
れにより、ハロゲン化物結晶の少なくとも一部が元素の
銀または銅(以後、「金属」と称する)に還元されてい
る表面層が生成される。
の温度では、ガラスの粘度が高すぎるので、成長できな
い。結晶沈殿のためには、アニール点を越えたより高い
温度が好ましい。物理的支持がガラス体に与えられる場
合、ガラスの軟化点よりも50℃高い温度まで用いても
差し支えない。偏光ガラスの製造方法が、特許文献1に
詳細に記載されている。
ラスは、以下に制限されるものではないが、光通信装
置、光学式記録装置、光センサ、および光干渉計を含む
装置に用いられる偏光素子を製造するのに用いられる。
光通信システムに用いられる光アイソレータは、第1の
偏光子、ファラデー旋光器、およびホルダ内の光軸上に
配列された第2の偏光子を有してなる。光アイソレータ
の2つの重要な用途は、光通信システムおよび光ファイ
バ増幅器にある。光アイソレータの挿入損失は、光アイ
ソレータの製造における重要な考慮すべき事柄であり、
約0.5dB未満のレベルに挿入損失を維持しなければ
ならない。
および結合損失の3つの要因によるものであると考えら
れる。表面損失は、光アイソレータを構成する成分の様
々な表面間の損失であり、成分間の異なる屈折率が表面
損失に寄与する。特許文献1に記載された偏光ガラスの
屈折率は1.508以下である。ファラデー旋光器の屈
折率は、一般に、約2.4であり、屈折率のこのような
大きな差は、アイソレータ成分の表面損失に寄与する。
たとえ反射防止(AR)膜が表面損失を低減できるとし
ても、表面損失を低減させるための他の様式を提供する
ことが望ましいであろう。結合損失は、一般に、約0.
15から約0.25dBまでである。従来の偏光子と比
較して、結合損失及び表面損失の減少した偏光ガラスか
ら製造された偏光子を提供することが望ましいであろ
う。
は、ハロゲン化銀、ハロゲン化銅、またはハロゲン化銅
−カドミウムの結晶を沈殿させることにより相分離され
ており、少なくとも2:1のアスペクト比を持つ銀、
銅、または銅カドミウムの金属粒子を含有する偏光ガラ
ス製品に関する。この実施の形態によれば、前記製品
は、1.55よりも大きい屈折率を有する。他の実施の
形態において、前記製品は、1.6よりも大きい屈折率
を有する。好ましい実施の形態において、前記製品は、
1.65よりも大きい屈折率を有する。
がって製造された偏光ガラス製品を有してなる光アイソ
レータに関する。本発明による偏光子を用いた光アイソ
レータの利点の1つは、アイソレータが低い結合損失を
示すことである。例えば、ある実施の形態によれば、
1.6より大きい屈折率および2つの単一モードファイ
バの間に配置された50マイクロメートルの厚さを有す
る偏光子では、結合損失が0.35dB未満である。
品を製造する方法に関する。この方法は、1.6より大
きい屈折率を有し、銀、銅または銅とカドミウムおよび
少なくとも一種類のハロゲンの供給源を含有するガラス
のバッチを溶融し、その溶融物をガラス製品に成形しか
つ冷却し、このガラス製品を、ガラス中にハロゲン化
銀、ハロゲン化銅またはハロゲン化銅−カドミウムの結
晶を生成させ、沈殿させるのに十分な期間に亘り高温に
さらす各工程を有してなる。その方法はまた、このガラ
ス製品を、前記ガラスのアニール点よりも高い温度にお
いて応力下で伸張させて、その応力の方向に前記結晶を
引き延ばし、この引き延ばされたガラス製品を高温で還
元雰囲気に露出して、銀または銅の金属への還元を開始
する各工程も含む。好ましい実施の形態において、前記
ガラス製品は、1.6より大きい屈折率を有し、より好
ましい実施の形態において、前記ガラス製品は、1.6
5より大きい屈折率を有する。ある実施の形態におい
て、前記ガラス中のハロゲン化銀、ハロゲン化銅または
ハロゲン化銅−カドミウムの結晶を沈殿させるための温
度は、そのガラスの軟化点よりも少なくとも50℃高
く、前記結晶を沈殿させるのに十分な時間は、2時間か
ら4時間までである。他の実施の形態において、前記ガ
ラス製品が応力下で伸張される温度は、前記ガラスの軟
化点よりも少なくとも約50℃低い。他の実施の形態に
おいて、前記ガラス製品が還元雰囲気に露出される温度
は、約250℃よりも高い。
に述べられている。前記一般的な説明および以下の詳細
な説明の両方は、例示であり、特許請求の範囲に記載さ
れた本発明のさらなる説明を与えることを意図したもの
であるのが理解されよう。
をいくつか記載する前に、本発明は、以下の説明に述べ
られた構成の詳細に制限されるものではないことを理解
すべきである。本発明には他の実施の形態が可能であ
り、本発明を様々な様式で実施することができる。
許文献1および2に記載されている。本発明のある実施
の形態は、ホウケイ酸アルミニウムをベースとする組
成、および1.55より大きく、好ましくは、1.65
より大きい屈折率を有するガラス偏光子に関する。
分な容積の金属ハロゲン化物の結晶を沈殿させられるも
のであり、1.55より大きく、好ましくは、1.6よ
り大きく、より好ましくは、1.65より大きい屈折率
を有するホウケイ酸アルミニウムをベースとするどのよ
うなガラスにも実施できるであろう。
1.55より大きい屈折率を有するある母材ガラス組成
物を認識した。この明細書には、それらの組成物がフォ
トクロミックガラスに有用であることが教示されてい
る。しかしながら、これらのガラスが、偏光ガラス製品
を製造するための母材ガラスとして用いられることは教
示も示唆もされていない。したがって、本発明のある実
施の形態によれば、本出願人は、1.58から1.65
までの屈折率を有する特許文献3の実施例2−9の組成
物を、偏光ガラス製品の製造の適した母材ガラスとして
確認した。特許文献3に開示された組成は、重量パーセ
ントで表された以下の成分を含有する:35−47%の
SiO2、12−19%のB2O3、6.5−12%のZ
rO2、0−6%のAl2O3、1.5−3%のLi2O、
2−5%のNa2O、2−7%のK2O、0.25−0.
75%のCuO、0.1−2%のCl、0−3%のCa
O、0−7%のSrO、2−7%のBaO、0−3%の
ZnO、0−12%のY2O3、8−20%のLa2O3、
0.2−2.5%のSnO、および0.1−2%のB
r。偏光特性を得るために、適量の銀または銅の金属を
前記バッチに加える必要がある。例えば、0.2から
0.3重量%のAgまたはCuを前記バッチに加えて差
し支えない。
て使用できる、本出願人により確認された他の組成とし
ては、1.585から1.610までの屈折率を有す
る、特許文献4に開示された組成が挙げられる。これら
のガラス組成物は、重量パーセント基準で以下の組成:
33−50%のSiO2、15−20%のB2O3、1−
4%のZrO2、5−8%のAl2O3、2−2.5%の
Li2O、0.3−2.5%のNa2O、3−8%のK2
O、2−8%のSrO、8−14%のNb2O5、および
2−7%のTiO2から実質的になり、CaO、Ba
O、ZnO、およびLa2O3を含まず、100%を超え
た重量パーセントで以下の元素を加えるべきである:
0.00070−0.0350%のCuO、0.170
−0.360%のCl、0.130−0.220%のB
r、および0.130−0.280%のAg。
された屈折率の比較的高いさらに別の組成物が特許文献
5に開示されており、それらの組成物は1.59を超え
る屈折率を示す。これらのガラス組成物は、必要に応じ
てLi2Oと共に、ZrO2およびK2Oを組み合わせる
ことにより上昇した屈折率を示し、重量パーセント基準
で:43−52%のSiO2、12.5−18%のB2O
3、3−8%のZrO2、0−3%のAl2O3、1.5−
3.5%のLi2O、0.3−3%のNa2O、2−9%
のK2O、0−5%のCaO、0.8−9%のSrO、
1−9%のBaO、および2−8%のTiO2から実質
的になり、以下の元素が100%を超えた重量パーセン
トで加えられるべきである:0.00080−0.03
00%のCuO、0.14−0.350%のCl、0.
093−0.180%のBr、および0.100−0.
175%のAg。
用できる、本出願人により確認された他の組成物が、特
許文献6に開示されており、1.59より大きい屈折率
を有する。これらの組成物は、酸化物基準のカチオンパ
ーセントで表して:35−47%のSiO2、24−3
8%のB2O3、2.5−8%のZrO2、0−8%のA
l2O3、0−15%のLi2O、0−8%のNa2O、2
−13%のK2O、0−8.5%のCaO、0−16%
のSrO、0−8.5%のBaO、0−3%のZnO、
0−5%のNb2O5、0−3%のLa2O3、および0−
7%のTiO2から実質的になり、重量パーセントで表
された以下の元素が100%を超えて加えられるべきで
ある:0.0005−0.05%のCuO、0.3−
0.65%のCl、0−0.6%のF、0.2−0.6
5%のBr、および0.15−0.4%のAg。
ラス素子は、上述したガラスバッチの内の1つのような
高屈折率ガラスバッチの製造により提供される。その高
屈折率ガラスバッチは、ハロゲン化銀、ハロゲン化銅、
またはハロゲン化銅−カドミウムの沈殿結晶相を含有
し、その結晶は伸張され、配向されている。前記製品の
表面近くにある結晶の少なくとも一部は、少なくともあ
る程度金属の銀または銅に還元されている。
ガラス組成物を使用することにより、1.55より大き
い、好ましくは、1.6より大きい、より好ましくは、
1.65より大きい屈折率を有するガラス偏光子を製造
する方法にある。この方法は、上述した組成物のよう
な、銅または銀の酸化物を含有する高屈折率のホウケイ
酸アルミニウムガラスを、その銅または銀と反応する塩
素や臭素のようなハロゲンの十分な量と共にバッチ溶融
する工程を有してなる。この方法はさらに、前記ガラス
中にハロゲン化銅またはハロゲン化銀の結晶相を沈殿さ
せ、このガラスを少なくとも一方向において応力にさら
して、このガラスおよびその中に含まれるハロゲン化銅
またはハロゲン化銀の結晶を引き延ばす各工程をさらに
含む。その後、このガラスは還元雰囲気に露出されて、
そのガラスの表面近くの薄層にあるハロゲン化銅または
ハロゲン化銀の晶子の少なくとも一部を還元させる。
る工程は、4つの一般工程を有してなる: (1) 銀または銅と、塩化物、臭化物、およびヨウ化物
からなる群より選択される少なくとも一種類のハロゲン
化物とを含有する高屈折率ガラスのバッチを提供し、こ
のバッチを溶融し、その溶融物を所望の形状のガラス体
に成形し; (2) このガラス体に所定の熱処理を施して、その中に
所望のサイズのハロゲン化銀またはハロゲン化銅の粒子
を生成し; (3) このガラス体を所定の温度範囲において応力下で
延伸して、前記ハロゲン化銀またはハロゲン化銅の粒子
を引き延ばし、それら粒子を応力の方向に整列させ; (4) 延伸されたガラス体を所定の温度範囲内で還元雰
囲気に露出して、前記ハロゲン化銀またはハロゲン化銅
の粒子の少なくとも一部を、引き延ばされた粒子内およ
び/またはその上に堆積した元素すなわち金属の銀また
は銅に還元する。
メータの順守は、最終製品において所望の偏光特性を達
成する上で重要である。説明すると、前記ガラス体中に
ハロゲン化銀またはハロゲン化銅の粒子を生成するに
は、歪み点よりも高い温度、好ましくは、アニール点よ
りも高い温度が必要とされ、例えば、成形型中の制限の
ような物理的支持がガラス体に与えられる場合、ガラス
の軟化点よりも50℃高い温度を用いても差し支えな
い。当該技術分野において十分に認識されているよう
に、粒子の最大溶解度温度を超えないとすると、粒子の
成長は、温度が高くなるにつれてより急激に生じるの
で、アニール点よりも高い温度が経済的に望ましい。熱
処理期間は、典型的に、約2時間から約6時間までであ
る。各工程の正確な温度は、ガラスの組成に依存し、日
常的な実験により決定できる。
ハロゲン化銀またはハロゲン化銅の粒子)の伸張は、前
記ガラスのアニール点よりも高いが、軟化点よりも低い
温度、すなわち、前記ガラスが108ポアズよりも大き
い粘度を示す温度で行われる。一般に、その伸張は、高
応力を生じさせかつ粒子の再球状化を防ぐために、軟化
点よりも少なくとも50℃低い温度で行われる。
も、粒子が再球状化する傾向をなくすために、約250
℃よりも高いが、アニール点よりも25℃高い温度以下
の温度、好ましくは、ガラスのアニール点よりもいくぶ
ん低い温度で行われる。
スラブが2つの単一モードファイバの間に挿入された場
合の、そのスラブの高い屈折率の結合損失への影響を示
すものである。図1に示したように、1.65の屈折率
を持つ50マイクロメートル厚のスラブは、約0.32
dBの結合損失を有する。1.60の屈折率および50
マイクロメートルの厚さを持つスラブは、約0.34d
Bの結合損失を有する。1.45の屈折率を持つ50マ
イクロメートル厚のスラブは、0.40dBを超える結
合損失を示す。この減少した結合損失は、2つの導波路
間の直接結合用途に用いられる薄い偏光子製品において
重要である。屈折率を上昇させることにより、同じ厚さ
を持つ小片に関して、結合損失が減少する。あるいは、
ある用途においては、より厚いスラブの偏光子ガラスを
使用することが望ましいであろう。これは、製造および
取扱いがより容易であり、破損する傾向がより少ない。
偏光子ガラスの屈折率を上昇させることによって、より
厚いガラススラブを、偏光子の結合損失を不利に上昇さ
せずに使用できる。偏光子の屈折率を上昇させることの
別の利点は、屈折率が高いことにより、厚さの差による
結合損失の変動(図1における曲線の準勾配)は、屈折
率のより低いスラブと比較した場合、より小さい。
光子のスラブ厚に対する結合損失への屈折率の影響を示
すグラフ
Claims (11)
- 【請求項1】 ハロゲン化銀、ハロゲン化銅、またはハ
ロゲン化銅−カドミウムの結晶を沈殿させることにより
相分離されており、少なくとも2:1のアスペクト比を
有する銀、銅、または銅−カドミウムの金属粒子を含有
する偏光ガラス製品であって、1.55より大きい屈折
率を有することを特徴とする製品。 - 【請求項2】 前記製品が1.6より大きい屈折率を有
することを特徴とする請求項1記載の製品。 - 【請求項3】 前記製品が1.65より大きい屈折率を
有することを特徴とする請求項2記載の製品。 - 【請求項4】 請求項2記載の偏光ガラス製品を備えた
光アイソレータ。 - 【請求項5】 前記アイソレータが2つの単一モードフ
ァイバの間に配置され、50マイクロメートルの厚さを
持つ偏光ガラス製品の結合損失が0.35dB未満であ
ることを特徴とする請求項4記載の光アイソレータ。 - 【請求項6】 少なくとも2つの偏光ガラス素子、該偏
光ガラス素子の間に配置されたファラデー旋光器を備え
た光アイソレータであって、該偏光ガラス素子が1.6
より大きい屈折率を有し、2つの単一モードファイバの
間に配置された前記光アイソレータの結合損失が0.3
5dB未満であることを特徴とする光アイソレータ。 - 【請求項7】 偏光ガラス製品を製造する方法であっ
て、 銀、銅または銅−カドミウムと、少なくとも一種類の他
のハロゲンの供給源とを含有するバッチを溶融し、 溶融物をガラス製品に成形しかつ冷却し、 該ガラス製品を、前記ガラス中にハロゲン化銀、ハロゲ
ン化銅またはハロゲン化銅−カドミウムの結晶を生成さ
せ、沈殿させるのに十分な期間に亘り高温にさらし、 前記ガラス製品を、前記ガラスのアニール点よりも高い
温度において応力下で伸張させて、該応力の方向に前記
結晶を引き延ばし、 伸張されたガラス製品を高温において還元雰囲気に露出
して、銀または銅の金属への還元を開始する、各工程を
有してなり、前記ガラス製品が1.6より大きい屈折率
を有することを特徴とする方法。 - 【請求項8】 前記ガラス製品が1.65より大きい屈
折率を有することを特徴とする請求項7記載の方法。 - 【請求項9】 前記ガラス中にハロゲン化銀またはハロ
ゲン化銅の結晶を沈澱させるための温度が該ガラスの軟
化点よりも少なくとも50℃高く、前記結晶を沈澱させ
るのに十分な時間が2時間から4時間までであることを
特徴とする請求項7記載の方法。 - 【請求項10】 前記ガラス製品が応力下で伸張される
温度が、前記ガラスの軟化点よりも少なくとも50℃低
いことを特徴とする請求項7記載の方法。 - 【請求項11】 前記ガラス製品が還元雰囲気に露出さ
れる温度が250℃よりも高いことを特徴とする請求項
7記載の方法。
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